CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Lí do chọn đề tài Trong quá trình học tập, nhóm đã nắm được những kiến thức cơ bản về kỹ thuật cũng như những công nghệ hiện đại ngày nay áp dụng trên động cơ đốt trong. Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu cũng đã từng bước tìm hiểu thêm về xu thế phát triển của ngành công nghiệp ô tô hiện nay và nhận ra ô tô điện là một xu hướng phát triển đầy tiềm năng trong tương lai. Để có thể nghiên cứu ô tô, nhóm nghiên cứu bước đầu tập trung nghiên cứu các hệ thống lái trên ô tô. Hệ thống lái bao gồm dẫn động lái, cơ cấu lái và trợ lực lái.
Nhóm chọn phương pháp điều khiển trợ lực lái điện để xe có thể hoạt động tốt dưới những điều kiện làm việc khác nhau là một trong những vấn đề quan trọng nhất trên xe ô tô mà nhóm muốn thực hiện nghiên cứu. Do đó, nhóm quyết định chọn đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển công suất cho hệ thống lái điện. Nhóm nghiên cứu tập trung nghiên cứu việc nhận các tín hiệu đầu vào để điều khiển tín hiệu đầu ra cho mô tơ trợ lực lái điện. Đề tài nghiên cứu tập trung vào việc kiểm tra các thông số cơ bản của động cơ: cảm biến tốc độ, góc đánh lái và momen đánh lái.
Từ đó, hệ thống giúp xe có thể chạy được trơn tru trên đường. Đây cũng là mục đích chính của đề tài mà chúng em hướng đến. Cùng với đó, chúng em cũng mong muốn đề tài có thể được tiếp tục nghiên cứu và cho ra đời thành công hệ thống điều khiển trợ lực lái điện thích hợp một số sản phẩm xe ô tô hiện nay, vừa giúp cải thiện tình trạng an toàn giao thông, vừa phục vụ nhu cầu đi lại của người dân.2 Mục tiêu Nghiên cứu và thiết kế về hệ thống điều khiển công suất cho hệ thống lái điện nhằm hiểu rõ hơn về hệ thống lái trên xe, trang bị thêm kiến thức phục vụ cho công việc sau này, tạo thêm tài liệu tham khảo cho sinh viên nghiên cứu và học tập.3 Nội dung nghiên cứu • Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống lái. • Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực điện, cảm biến, hộp điều khiển.
• Nghiên cứu thông số , cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các linh kiện điện tử. • Thiết kế mô hình. • Giả lập tín hiệu để lập trình điều khiển mô tơ trợ lực lái điện trên phần mềm arduino. 1 • Thực nghiệm và điều chỉnh mô hình.4 Phương pháp nghiên cứu Các phương pháp sau được sử dụng để thực hiện đề tài: Phương pháp tham khảo tài liệu: Tham khảo ý tưởng thiết kế trên internet.
Phương pháp tính toán: Tính toán các kích thước cần thiết, giá trị giới hạn. Phương pháp lập trình vi điều khiển: Viết lập trình điều khiển trên phần mềm arduino. Phương pháp thực nghiệm: Thực nghiệm, điều chỉnh trên mô hình thực tế 2 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG LÁI 2. CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG LÁI.1 Công dụng hệ thống lái.
Hệ thống lái trên xe đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển quỹ đạo của xe. Việc thay đổi quỹ đạo của xe có nhiệm vụ duy trì chuyển động thẳng hoặc thay đổi hướng di chuyển của xe. Vì thế, hai vấn đề này chính là vòng quay của xe. Có ba chế độ quay cơ bản: quay vòng thiếu, quay vòng thừa và , quay vòng đủ.2 Phân loại hệ thống lái.1 Theo cách bố trí vô lăng.
- Vô lăng sẽ được phân bố bên trái và được dùng trên ôtô của quốc gia có luật đi đường bên phải như ở Việt nam và một số các nước khác. - Vô lăng sẽ được phân bố bên phải và được dùng trên ôtô của quốc gia có luật đi đường bên trái như ở Anh, Nhật, Thuỵ Điển.2 Bố trí theo kiểu chuyển hướng: • Chuyển hướng theo kiểu cả hai cầu. • Chuyển hướng theo kiểu bánh dẫn hướng cầu sau. • Chuyển hướng theo kiểu bánh dẫn hướng cầu trước.3 Theo kết cấu của cơ cấu lái • Cơ cấu lái loại bánh răng và thanh răng.
• Cơ cấu lái trục vít và con lăn. • Cơ cấu lái trục vít và ecu bi. • Cơ cấu lái trục vít và răng hình quạt. • Cơ cấu lái loại trục vít- bánh vít .4 Phân loại kết cấu lái truyền lực • Hệ thống lái trợ lực điện.
• Hệ thống lái trợ lực thủy lực điện. • Hệ thống lái cơ khí. • Hệ thống lái trợ lực thủy lực.3 Yêu cầu của hệ thống lái. • Hệ thống lái có nhiệm vụ điều khiển một cách linh hoạt, nhanh chóng, an toàn.
• Tay lái êm và dễ đánh lái, tức lực tác động để quay vô lăng phải nhỏ. • Quay vòng ô tô thật ngoặt trong thời gian ngắn và trên diện tích bé. • Xe đi thẳng thì phải ổn định. 3 • Người lái không cần tốn nhiều sức nhưng phải có cảm nhận quay vòng trên vô lăng và hệ thống lái có khả năng tránh sự va đập của lực bánh xe dẫn hướng lên vô lăng.
• Ngoài ra, các bánh xe của cầu trước và sau phải đáp ứng yêu cầu lăn theo đường tròn đồng tâm. • Hệ thống lái phải được thiết kế ở vị ví thuận tiện, phải linh hoạt và dễ sửa chữa mỗi khi các kĩ thuật viên cần sửa chữa và bảo dưỡng định kỳ.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG, CÁC BỘ PHẬN HỆ THỐNG LÁI.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái. Khi vô lăng bị chịu lực tác động của tài xế, khi đó vô lăng sẽ truyền tới trục lái theo hướng mà tài xế đánh lái và trục lái tác động tới cơ cấu lái, các thanh dẫn động lái di chuyển từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng kết quả là chuyển hướng chuyển động mà tài xế điều khiển. Để quay vòng sang trái hoặc sang phải thì vô lăng cần được tác động một lực từ người điều khiển.
Đồng thời trong quá trình di chuyển, sẽ có một phản lực sinh ra từ mặt đường tác động lên bánh xe. Để quay vòng chính xác thì các bánh xe dẫn hướng phải quay quanh một tâm quay khi quay vòng. 1: Kết cấu của hệ thống lái đơn giản 1 -Vô lăng (vành tay lái). 5 - Các cơ cấu dẫn động lái.2 Các bộ phận của 1 hệ thống lái Hệ thống lái hiện nay có nhiều tính năng và ổn định về chế độ hoạt động cũng như liên kết nhưng về cơ bản chúng đều có 4 bộ phận sau : • Vô lăng ( vành tay lái ) Hình ảnh 2.
2: Vô lăng (vành tay lái ) Vô lăng là bộ phận đặt trên buồng lái có nhiệm vụ nhận lực tác động và tiếp nhận mô men quay của tài xế, sau đó truyền đến cho trục lái. Ngoài ra vô lăng còn là nơi lắp đặt các bộ phận quan trọng như: cần gạt mưa rửa kính, cần gạt đèn và túi khí để bảo vệ tài xế mỗi khi xe xảy ra sự cố. Các hệ thống lái hiện nay được sử dụng bộ trợ lực lái nhưng vô lăng cũng cần phải đủ vững chắc để có thể truyền được mô men yêu cầu lớn nhất kể cả khi bộ trợ lực bị hư hỏng. • Trục lái Chức năng: Trục lái là nhân tố cấu thành hệ thống lái có chức năng chính là truyền momen lái từ vô lăng đến cơ cấu lái.
Một trục lái đơn giản chỉ bao gồm trục lái và các bộ phận bao che trục lái. Ngày nay trên những ô tô hiện đại có kết cấu phức tạp nó cho phép thay đổi độ nghiêng của vô lăng hoặc cho phép trục lái co ngắn lại khi người lái va đập trong lúc xảy ra tai nạn để hạn chế tác hại đối với tài xế 5 Hình ảnh 2. 3: Cấu tạo một trục lái 1.Tay điều khiển độ cao vô lăng 2.Cơ cấu co lại Cơ cấu lái (hộp số lái ) Cơ cấu lái là bộ phận chuyển đổi momen nhằm giảm tốc để đảm bảo tăng mô men giữa tài xế đánh lái vô lăng đến các bánh xe dẫn hướng. Cơ cấu lái cần phải chấp hành các yêu cầu sau : - Có thể quay được sang bên trái hoặc phải.
- Có tính hiệu quả để lái nhẹ, trong đó cần có công suất thuận phải lớn hơn công suất nghịch để giữ lại phần lớn ở cơ cấu lái do lực tác động từ mặt đường. - Điều quan trọng là có khả năng thay đổi tỷ số truyền. - Có khả năng canh chỉnh độ rơ ăn khớp của cơ cấu lái. - Khoảng hở của cấu lái là nhỏ nhất.
- Các bộ phận cơ cấu lái đơn giản để dễ sửa chữa. - Dễ dàng tháo lắp và không gian lắp ráp ít. - Chức năng: Đóng vai trò cần thiết trong việc biến sự di chuyển quay của trục lái thành chuyển động theo phương ngang của thước lái. Ngoài ra, trợ lực tác động của tài xế đánh lái tác động vào vô lăng để thực hiện chuyển hướng xe dễ nhàng hơn.
Cơ cấu lái có nguyên lý giống như một hộp số với hai bộ phận cơ bản được gọi quy ước là trục quay và trục lắc. Trục đầu vào là trục quay của hệ thống lái, nó sẽ kết nối với trục đầu dưới của trục lái và thực hiện di chuyển quay theo chuyển động của trục lái. 6 Trục đầu ra là trục lắc của hệ thống lái và trục này sẽ liên kết với đòn lắc thay đổi hướng của bộ phận dẫn động lái. 4: Cơ cấu lái kiểu bánh răng- thanh răng.
• Dẫn động lái Dẫn động lái có thực hiện việc truyền chuyển động điều khiển từ hộp số lái đến cơ cấu của hai bánh xe. Đảm bảo tính linh hoạt về góc quay của các bánh xe dẫn hướng có động học đúng khi thực hiện xe di chuyển sang phải hoặc sang trái. Mối quan hệ cần thiết về góc quay của các bánh xe dẫn hướng được đảm bảo bằng kết cấu của hình thang lái. Cơ cấu dẫn động lái hiện nay cơ bản gồm các thanh dẫn động và các khớp liên kết.
Các nhà khoa học thiết kế dẫn động lái phụ thuộc vào các dòng xe khác nhau. 5: Cơ cấu dẫn động lái trên xe ô tô 7 2.3 TỶ SỐ TRUYỀN VÀ HIỆU SUẤT CỦA THỐNG LÁI.1 Tỷ số truyền Tỷ số truyền của cơ cấu lái Tỷ số truyền của cơ cấu lái ic là tỷ số truyền giữa góc quay của bánh lái và góc quay của đòn quay đứng.Tùy theo cơ cấu lái có 𝑖𝑐 có thể không đổi hoặc thay đổi .Ở loại có tỷ số truyền thay đổi , tỷ số truyền có thể tăng hoặc giảm khi quay vành tay lái ra khỏi vị trí trung gian.
